Лекция по "Строительству"

Стоимость отдельных элементов  моста определяется по следующим  формулам:

кабель - S_k = A_kL_kgC_kn_k;

пилоны - S_пл = A_плL_плgС_плn_пл;

подвески - S_пд = A_пдL_пдgС_пдn_пд;                                                                                      (2.18)

балка жесткости - S_б = A_бL_бgС_бn_б;

(в A_б, как правило, включены продольные балки и ортотропная плита, см. рис. 2.2);

поперечные балки - S_п = А_пL_пgС_пn_п,        

железобетонная плита проезжей части (для сталежелезобетонных  мостов) - S_ж = A_жL_жC_ж,

дорожное покрытие - S_д = А_дС_д,

опоры -  ;

фундаменты - ,

где A_j, L_j, С_j, n_j - соответствующие значения площади поперечного сечения элемента, его длины, расценки и общего числа этих элементов на мост; g - плотность металла (7,8 т/м³), для железобетонных пилонов и балок опускается, так как их расценка дана в р/м³; V_oi, V_фi  - соответственно объемы одной опоры и одного фундамента.

 

Назначение  генеральных размеров вантовых мостов

 

Порядок проектирования вантовых мостов аналогичен изложенному выше для  висячих мостов. Поэтому остановимся только на особенностях разработки вариантов вантового моста (рекомендуем разбор каждого из пп. 1-7 начинать с чтения соответствующего пункта разд. 2.1).

1. Выбор схемы пролетного строения проводится также на основе анализа многих факторов и заключается в определении: числа пролетов (одно-, двух-, трехпролетное), типа пролетного строения (распорное-безраспорное), геометрической схемы конструкции (см. рис. 1.7). Отметим, что в настоящее время наиболее распространены двух- и трехпролетные вантово-балочные мосты, в том числе несимметричные (см. рис. 1.2, б). Длину главного пролета l необходимо сверить с табл. 1.1 и 2.3, многие параметры конструкции будут производными от l.

2. Выбор типа балки жесткости состоит в определении материала и конструкции поперечного сечения. Для вантовых мостов следует иметь в виду, что широкое применение находят железобетонные (при пролетах до 150...200 м) и сталежелезобетонные (при пролетах 200...300 м) балки жесткости. Кроме того, наличие одной плоскости вант требует применения, как правило, коробчатых конструкций с большой крутильной жесткостью.

3. Выбор типа пилона проводится в соответствии с рекомендациями п. 2.1.3. Для вантовых мостов часто применяются А-образные пилоны, особенно с удлиненным «шпилем». Этот тип пилонов хорошо сочетается с одной плоскостью вант и придает мосту архитектурную выразительность.

4. Назначение генеральных размеров вантовой системы отличается от висячей. Предлагается два основных размера l₁ и Н₁ (см. рис. 1.2, б) назначить по аналогии с построенными мостами, данные о которых приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Обобщенные сведения о построенных  вантовых мостах

Число   пилонов	Схема	lmin, м	lmax, м	l1 /l	Hпл /l
1	арфа	215	368	0,61...1,00	0,30...0,33
	пучок	73	303	0,35...0,75	0,25...0,45
	веер	140	300	0,45...0,67	0,22...0,27
	звезда	108	108	0,44	0.41
	многовантовая	148	312	0,75...0,80	0,29...0,59
2	арфа	152	350	0,34...0,57	0,15...0,24
	пучок	99	404	0,26...0,46	0,12...0,28
	веер	170	440	0,38...0,53	0,14...0,20
	звезда	172	222	0,18...0,37	0,15...0,19
	многовантовая	240	465	0,30...0,45	0,17...0,23

Высота балки жесткости у вантовых мостов может быть принята по графику рис. 2.1, б.

Следующие генеральные размеры  - число и шаг панелей N и d, угол наклона вант b_i (см. рис. 1.2, б) взаимосвязаны между собой и зависят от ранее принятых величин l и Н_пл. Здесь уместно дать лишь общие рекомендации:

• в вантовых мостах длина панелей d меняется в большем диапазоне: от 10 до 30...40 м для железобетонных и до 50...80 м для металлических балок жесткости;
• в большом диапазоне назначаются углы b_i - от 20 до 80°;
• в вантовых мостах, в отличие от висячих, часто применяют панели различной длины d_i, что существенно расширяет возможности проектировщика;
• во многих случаях решающим фактором является архитектура сооружения.

Общие тенденции таковы: при небольших  пролетах l, тяжелой нагрузке, большой ширине моста стараются применять панели покороче, в противном случае (при больших пролетах l, легкой нагрузке и т.д.) назначают d_i ближе к максимальным значениям. В последние годы получили широкое распространение многовантовые системы, обеспечивающие удобство монтажа элементами, равными по длине панелям, что определяет d_i - 10...20 м.

Ширина стойки пилона составляет (1/20...1/30)Н_пл.

5. Эскизное проектирование проезжей части вантовых мостов аналогично висячим (п. 2.1.5). Итогом этого раздела является определение величин v^н, v, р^н, р, которые будут приложены к вантовому пролетному строению (рис. 2.3), имеющему поперечное сечение как у висячих мостов (см. рис. 2.2, б, в) при двух плоскостях вант или такое, как на рис. 2.3, б, при одной плоскости вант.

В любом случае рекомендуется, как  и для висячих мостов (п. 2.1.5), «сбор» нагрузки выполнять на всю ширину пролетного строения В, а затем полученные величины v^н, v, р^н, р разделить на два, если приняты две плоскости вант, или оставить без изменений для одной плоскости вант.

Приведем пример эскизного проектирования проезжей части железобетонной балки жесткости, принятой по рис. 2.3, б под нагрузку А11 и НК-80 при габарите Г10. Пролет моста - 120 м.

Примем железобетонную балку жесткости по приведенным выше рекомендациям: ширина верхнего пояса - 13,0 м (при двух тротуарах по 1,5 м), ширина нижнего пояса - 7,0 м, высота стенки 1,8 м, толщина всех элементов t = 260 мм (см. рис. 2.3, б).

Шаг поперечных балок, работающих с  пролетом l_п = 9,0 м, принят а_п = 4,0 м. Размеры поперечной балки двутаврового сечения: высота h_п = 0,8 м, нижний пояс b_п = 0,4 м, толщина элементов t_п=0,18 м. Шаг продольных балок а_б= 3,0 м, пролет l_б = 4,0 м, размеры поперечного таврового сечения: высота h_б = 0,5 м, толщина стенки t_б= 0,15 м.

Размеры площадей, обозначенных на рис. 2.3, б цифрами:

4 - 36,0 м² (9,0·4,0); 5 - 12,0 м² (3,0·4,0);

4' - 4,0 м² (4,0·1,0); 5' - 3,0 м² (3,0·1,0).

Далее определяем интенсивность нормативной  нагрузки q_i на 1 м соответствующих балок (аналогично примеру из п. 2.1.5).

Для продольной балки:

- от веса асфальтового покрытия -

q_1б^н= 0,25·9,8·3,0 = 7,35 кН/м;

- от веса железобетонной плиты проезда -

q_2б^н= 0,26·3,0·2,5·9,8 = 19,11 кН/м (где 2,5 т/м³ - плотность железобетона);

- от собственного веса балки -

q_3б^н= 0,15·(0,5-0,26)·2,5·9,8 = 0,89 кН/м.

Для поперечной балки:

q_1п^н = 0,25·9,8·4,0 = 9,8 кН/м;

q_2п^н = 0,26·4,0·2,5·9,8 = 25,48 кН/м;

q_3п^н = 0,18·0,4+(0,8 - 0,26)·2,5·9,8 = 4,15 кН/м.

Несколько сложнее вопрос, связанный  с загружением продольной и поперечной балок временной нагрузкой. Дело в том, что для каждой из них следует сравнивать воздействие обоих видов нагрузки: А11 и НК-80.

Действуя аналогично п. 2.1.5 для продольной балки, на площади 5 (ее ширина поперек движения а_б= 3,0 м, вдоль движения l_б = 4,0 м) сначала разместим полосовую нагрузку A11 (0,98 Кl_б) вместе с тележкой (2·9,81 К):

,

а затем нагрузку НК-80, которая полностью размещается на площади 5:

.

Таким образом, для продольной балки более опасным является загружение НК-80:

.

Аналогично для поперечной балки на площади 4 (9,0·4,0) разместим по ширине моста две полосы А11 и одну четырехосную машину НК-80:

.

.

Невыгодное загружение от НК-80:

.

Далее находим суммарную расчетную  интенсивность нагрузок.

На продольную балку:

(p_б + v_б) = 1,5·7,35 + 1,1(19,11 + 0,89) + 1,0·1,15·196,2 = 258,7 кН/м,

где =1,0, (1+m) = 1,15 по интерполяции для l = l_б= 4,0 м (СНиП, пп. 2.22, 2.23);

на поперечную балку:

(p_п + v_п) = 1,5·9,8 + 1,1(25,48 + 4,15)+ 1,0·1,15·87,2 = 147,6 кН/м.

Затем уточняются размеры поперечных сечений данных балок по формуле (2.2):

;

.

Величины s_б и s_п незначительно превосходят R_б, поэтому расстановка арматуры, очевидно, позволит сохранить принятые размеры пролетов и сечений.

Переходим к определению p^н, p, v^н, v пo формулам (2.3)-(2.8):

р_дп^н = 0,25·9,8·13,0 = 31,85 кН/м.

Для вычисления p^н_бж в состав сечения включим площадь поперечного сечения балки жесткости (0,26·(13,0 + 7,0 + 2·1,8) = 6,14 м²) и трех продольных балок (3·0,15·0,24 = 0,108 м²). Вес 1 м такого элемента составит:

(6,14+0,108)·2,5·9,8=153,1 кН/м.

Кроме того, следует учесть нагрузку от веса поперечных балок: вес одной балки (0,36·0,18 + 0,4·0,18)·9,0·2,5·9,8 = 30,1 кН) надо разделить на a_п = 4,0 м, чтобы получить нагрузку на 1 м (30,1:4 = 7,53 кН/м). Отметим, что соотношение весов поперечных балок и балки жесткости в данном примере гораздо рациональнее, чем в п. 2.1.5.

Величины p^н и p получим по (2.3) и (2.4):

p^н = 31,85+1,1·(153,1+7,53) = 208,5 кН/м,

р = 1,5·31,85+1,1·1,1·(153,1+7,53) = 242,2 кН/м.

Далее определяем для двух полос  АК по формуле (2.7):

v^н = 0,98·11·1,0+0,98·11·0,6+2,0·39,2·11/120 = 24,5 кН/м,

v = 1,2·1,26·0,98·11·(1,0+0,6)+1,2·1,26·2·39,2·11/120 = 37,0 кН/м,

где 1,0 и 0,6 - коэффициенты s₁ по (СНиП, п. 2.14); 1,2 - коэффициенты g_fv по (СНиП, п. 2.23); 1,26 - динамический коэффициент (СНиП, п. 2.22); 120 - пролет моста. Для одиночной нагрузки НК-80 согласно выражению (2.8):

v = 1,0·1,1·12,8 = 14,1 кН/м.

Для загружения всего пролетного строения следует использовать A11, так как 24,5 >> 12,8 и 37,0 >> 14,1.

Полученные значения р^н, р, v^н, v используются в дальнейшем (п. 2.1.6). Если приняты две плоскости вант, то эти величины делятся на два, если одна плоскость - остаются без изменения.